ACUMULADOR DE CALOR LATENTE PARA SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN Y DE CALENTAMIENTO EFICIENTES.

Acumulador de calor latente para sistemas de refrigeración y de calentamiento eficientes Los sistemas térmicos solares se emplean preferentemente, conforme al estado de la técnica, para transformar la radiación solar en calor útil para diferentes aplicaciones, tales como por ejemplo calentar agua de uso industrial, calefacción de edificios o procesos industriales. Para la obtención del calor se emplean diferentes tipos de colectores solares. Con el objetivo de equilibrar en el tiempo la producción de calor con el consumo de calor se emplean unos acumuladores de calor. Normalmente se emplean unos acumuladores de agua caliente, que se llenan con agua del circuito de calentamiento o con agua de uso industrial. En los mismos, el efecto de acumulación se basa en la acumulación de calor sensible, que debe aportarse o extraerse para la carga o descarga del acumulador. Ello va asociado a una variación de temperatura correspondiente del acumulador. Otra aplicación consiste en el aprovechamiento del calor producido con energía solar térmica para el accionamiento de equipos de refrigeración accionados térmicamente, es decir las denominadas instalaciones de refrigeración por sorción. Precisamente en las instalaciones solares grandes, en las que además de emplearse para calentar agua de uso industrial se emplean asimismo como refuerzo de la calefacción de edificios, fuera del periodo de calefacción se dispone de grandes cantidades de calor, que no se precisan para proporcionar calefacción. En este caso resulta ventajosa la utilización de las instalaciones de refrigeración por sorción para proporcionar frío de acondicionamiento de aire aprovechando el calor solar producido. Para proporcionar calor de accionamiento para la producción de frío durante los periodos en los que la producción de calor solar es insuficiente, puede aportarse un calor de accionamiento adicional mediante una caldera de calentamiento. Como instalación de refrigeración por sorción pueden emplearse tanto unas instalaciones con un medio de sorción líquido, es decir las denominadas instalaciones de refrigeración por absorción, como las instalaciones con un medio de sorción sólido, es decir las denominadas instalaciones de refrigeración por adsorción. En cada caso, para la producción del efecto de refrigeración pretendido realizado por ejemplo mediante un circuito de agua de refrigeración con temperaturas dentro del margen comprendido entre aproximadamente 5ºC y aproximadamente 18ºC como máximo- se precisa un calor de accionamiento por lo menos de aproximadamente 60ºC. El funcionamiento de dichas instalaciones exige ineludiblemente una evacuación del calor perdido al medio ambiente circundante con un nivel de temperatura medio aproximadamente de 25 a 40ºC. La potencia de evacuación de calor perdido resultante se corresponde aproximadamente con la suma de la potencia de refrigeración producida más la potencia del calor de accionamiento absorbida. Para la evacuación de dicho calor perdido al medio ambiente circundante se emplean normalmente unas torres de refrigeración en húmedo de tipo abierto o de tipo cerrado, un refrigerador de retorno seco o una torre de refrigeración híbrida. El funcionamiento del refrigerador de retorno conlleva en cualquier caso unos costes elevados en lo que respecta al consumo de agua y a necesidades de energía auxiliar para la ventilación del refrigerador de retorno así como para la recirculación del agua de refrigeración, que ejerce la función de portador del calor entre la instalación de refrigeración y el refrigerador de retorno. Un aumento del nivel de temperatura de la evacuación del calor perdido por ejemplo con temperaturas ambientales altas- tiene como resultado un aumento de la temperatura de accionamiento necesaria para el accionamiento de la instalación de refrigeración por sorción. Ello conlleva, a su vez, una disminución del rendimiento del colector solar y origina, por lo tanto, una merma de la potencia térmica solar y, por consiguiente, asimismo de la potencia de refrigeración disponible. En los sistemas para la refrigeración solar se emplean frecuentemente unos acumuladores de calor y/o de frío para la regulación en el tiempo del calor de accionamiento solar producido o del frío producido. A partir del documento DE 32 33 640 A1 se conoce un sistema de refrigeración/calentamiento combinado con una máquina de refrigeración por absorción/bomba de calor. La máquina de refrigeración por absorción/bomba de calor proporciona frío útil a un nivel de temperatura inferior y calor útil a un nivel de temperatura medio. Mediante un intercambiador de calor con el medio ambiente circundante se evacua el calor perdido al medio ambiente circundante. La máquina de refrigeración por absorción sirve como fuente de calentamiento para el funcionamiento de calentamiento. Se prevé asimismo un acumulador de calor latente que, sin embargo, en régimen de descongelación cede al medio refrigerante el calor almacenado. A partir de los documentos US n.º 5 507 337 A y WO96/99370 A se conoce asimismo un sistema de refrigeración/calentamiento combinado, con unos acumuladores de calor latente. En el funcionamiento de calentamiento, la capacidad sobrante en calor de calentamiento se acumula en el acumulador latente y, si es necesario, el acumulador latente se asocia, desfasado en el tiempo, con el dispositivo para la transmisión del calor de calentamiento a los consumidores. En el funcionamiento de refrigeración, durante la noche se acumula frío en el acumulador de calor latente y, si es necesario, dicho frío se transfiere durante el día, desfasado en el tiempo, del acumulador latente al dispositivo para la transferencia del frío útil. La presente invención tiene como objetivo proporcionar un sistema de refrigeración/calentamiento combinado, cuyo rendimiento resulte menos afectado por las condiciones ambientales cambiantes. Dicho objetivo se alcanza mediante un sistema de refrigeración/calefacción combinado según la reivindicación 1. 2   Es un objetivo de la presente invención la utilización de un acumulador de calor latente (denominación sinónima: acumulador PCM, del inglés: phase change material que significa material de cambio de fase) para la absorción del calor perdido cedido por la instalación de refrigeración durante el funcionamiento de refrigeración. De este modo puede ofrecerse un nivel de temperatura bajo definido para la refrigeración de retorno de la instalación de refrigeración, independientemente de las temperaturas ambientales que dominan durante el funcionamiento de la instalación de refrigeración. El nivel de temperatura de la refrigeración de retorno viene determinado por la temperatura de conversión del acumulador de calor latente. Con dicha temperatura tiene lugar un cambio de fase del material del acumulador. El efecto de acumulación se basa en la absorción o cesión del calor latente durante el cambio del estado del grupo. De este modo incluso es posible hacer funcionar la instalación de refrigeración con unas temperaturas de refrigeración de retorno más bajas que en el caso de la utilización de un refrigerador de retorno convencional. Ello permite reducir la temperatura del colector solar, con lo que se incrementa la eficiencia del sistema, es decir la ganancia de frío por unidad de superficie del colector de la instalación de colector solar. La utilización de un acumulador de calor latente ofrece, frente a la acumulación de calor sensible, la ventaja decisiva de que durante todo el proceso de carga el acumulador puede funcionar prácticamente con una temperatura constante. La acumulación de calor sensible produciría, suponiendo un volumen del acumulador económicamente rentable, un aumento claro de la temperatura de la evacuación del calor perdido de la máquina de refrigeración con carga creciente del acumulador de calor. Ello originaría una clara restricción de la capacidad funcional del sistema, en primera instancia una reducción de la potencia de refrigeración disponible. El calor absorbido por el acumulador de calor latente durante el funcionamiento de la instalación de refrigeración se cede al medio ambiente circundante durante las horas nocturnas mediante un refrigerador de retorno. De este modo, las temperaturas ambientales bajas que dominan durante las horas nocturnas pueden aprovecharse para la cesión al medio ambiente circundante del calor perdido de la producción de frío. Además, comparado con la duración de la carga del acumulador de calor durante la producción de frío, por regla general se dispone de un periodo de tiempo más largo para la descarga del acumulador de calor, de tal modo que la descarga puede realizarse con una potencia inferior y, por consiguiente, con una diferencia de temperatura de accionamiento comparativamente inferior. Para la refrigeración de retorno, es decir... [Seguir leyendo]

1. Sistema de refrigeración/calentamiento combinado, que comprende: -una máquina de refrigeración (3) que comprende una zona fría que proporciona frío útil a un nivel de temperatura inferior, y una zona de calor perdido que emite el calor perdido a un nivel de temperatura medio, -un acumulador de calor latente (1) para el almacenamiento intermedio del calor perdido emitido por la máquina de refrigeración (3) en funcionamiento de refrigeración, -un dispositivo intercambiador de calor ambiental o un dispositivo de refrigeración de retorno (7,8,9,10) para liberar al medio ambiente el calor perdido del acumulador de calor latente (1) y/o de la zona de calor perdido de la máquina de refrigeración (3) en funcionamiento de refrigeración, -una fuente de calor de calentamiento (2,5) para almacenar el calor en el acumulador de calor latente (1) en funcionamiento de calentamiento, -por lo menos un dispositivo (4) para la transmisión de frío útil/calor de calentamiento a un consumidor, dispositivo que puede conectarse al acumulador de calor latente (1) y a la zona fría de la máquina de refrigeración (3), y -un dispositivo de mando para la conmutación entre el funcionamiento de refrigeración y el funcionamiento de calentamiento, en el que, en funcionamiento de refrigeración, por una parte la zona fría de la máquina de refrigeración (3) se conecta por lo menos a dicho dispositivo (4) de transmisión de frío útil/calor de calentamiento a un consumidor, para proporcionar frío útil, y el acumulador de calor latente (1) se conecta a la zona de calor perdido de la máquina de refrigeración (3) para el almacenamiento intermedio en el acumulador de calor latente (1) del calor perdido emitido por la máquina de refrigeración (3), y por otra parte el acumulador de calor latente (1) se conecta al dispositivo de refrigeración de retorno (7, 8, 9, 10) para liberar en el medio ambiente circundante, con un desfase en el tiempo, a través del dispositivo de refrigeración de retorno (7, 8, 9, 10), el calor perdido almacenado de un modo intermedio en el acumulador de calor latente (1), y en el que, en funcionamiento de calentamiento, mediante la fuente de calor (2, 5), se almacena calor de calentamiento en el acumulador de calor latente (1) y el acumulador de calor latente (1) se conecta al dispositivo (4) de transmisión de frío útil/calor de calentamiento a un consumidor para transferir el calor de calentamiento almacenado de modo intermedio en el acumulador de calor latente (1) a dicho por lo menos un dispositivo (4) de transmisión de frío útil/calor de calentamiento a un consumidor. 2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de calor de calentamiento (2, 5) puede conectarse, en funcionamiento de calentamiento, directamente a dicho por lo menos un dispositivo (4) de transmisión de frío útil/ calor de calentamiento a un consumidor. 3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fuente de calor de calentamiento (2, 5) comprende un dispositivo colector solar (2) y/o una caldera de calentamiento (5) y/o un dispositivo de cogeneración de energía/de calor y/o una máquina de refrigeración/bomba de calor (3). 4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la máquina de refrigeración (3) es una máquina de refrigeración por sorción (3). 5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la máquina de refrigeración (3) se acciona, por lo menos parcialmente, mediante el calor procedente de la fuente de calor de calentamiento (2, 5). 6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 4 a 5, caracterizado porque la máquina de refrigeración por sorción (3) se concibe con dos pisos y comprende un piso del circuito superior y un piso de circuito inferior, y porque se prevé una fuente de calor fósil para el accionamiento del piso del circuito superior, y porque el piso del circuito inferior se calienta con el agua caliente procedente de la fuente de calor de calentamiento (2, 5). 7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en funcionamiento de refrigeración, el dispositivo intercambiador de calor ambiental (7, 8, 9, 10) se conecta al acumulador de calor latente (1) y a la zona de calor perdido de la máquina de refrigeración (3). 8. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque la cantidad de calor que puede liberarse en el medio ambiente por unidad de tiempo por el dispositivo intercambiador de calor ambiental (7, 8, 9, 10) es superior a la cantidad de calor generado por unidad de tiempo en la zona de calor perdido de la máquina de refrigeración (3) de tal modo que la cantidad de calor almacenado de forma intermedia en el acumulador de calor latente (1) disminuye. 9. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque la cantidad de calor que puede liberarse en el medio ambiente circundante por unidad de tiempo por el dispositivo intercambiador de calor ambiental (7, 8, 9, 10) es menos importante que la cantidad de calor generado por unidad de tiempo en la zona de calor perdido de la máquina de refrigeración de tal modo que la cantidad de calor almacenado de forma intermedia en el acumulador de calor latente (1) aumenta. 7   10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en funcionamiento de calentamiento, la máquina de refrigeración (3) se encuentra conmutada a la posición de bomba de calor, absorbiendo la zona fría el calor ambiental y sirviendo la zona de calor perdido de fuente de calor de calentamiento. 11. Sistema según la reivindicación 10, caracterizado porque en funcionamiento de calentamiento, el dispositivo intercambiador de calor ambiental (7, 8, 9, 10) puede conectarse a la zona fría de la bomba de calor (3) para suministrar calor ambiental a la zona fría de la bomba de calor (3). 12. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11 anteriores, caracterizado porque el accionamiento de la bomba de calor (3) se realiza mediante la caldera de calentamiento (5). 13. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 10 a 11, caracterizado porque el accionamiento de la bomba de calor (3) se realiza mediante calentamiento directo. 8   Figura 1 Sistema global, vista de conjunto de todos los componentes sin indicación del modo de funcionamiento Sistema de refrigeración/ calentamiento BT Bomba de calor por absorción o máquina de refrigeración Intercambiador de calor de aire Intercambiador de calor de aire Intercambiador de calor de aire 9 Acumulador de calor Acumulador PCM Acumulador de sondas subterráneas o pozos de aguas subterráneas Instalación de colector solar Caldera de calentamiento   Figura 2 Funcionamiento de refrigeración (diurno), acumulación del calor perdido de la máquina de refrigeración mediante acumulador de calor latente (acumulador PCM) Sistema de refrigeración/ calentamiento BT Bomba de calor por absorción o máquina de refrigeración Acumulador de calor Acumulador PCM Instalación de colector solar Acumulador de sondas subterráneas o pozos de aguas subterráneas Caldera de calentamiento   Figura 3 Funcionamiento de refrigeración (diurno) con refuerzo mediante un refrigerador de retorno integrado en serie con el acumulador de calor latente Sistema de refrigeración/ calentamiento BT Bomba de calor por absorción o máquina de refrigeración Intercambiador de calor de aire 11 Acumulador de calor Acumulador PCM Acumulador de sondas subterráneas o pozos de aguas subterráneas Instalación de colector solar Caldera de calentamiento   Figura 4 Funcionamiento de refrigeración (diurno) con refuerzo mediante un refrigerador de retorno integrado en paralelo con el acumulador de calor latente Sistema de refrigeración/ calentamiento BT Bomba de calor por absorción o máquina de refrigeración Intercambiador de calor de aire 12 Acumulador de calor Acumulador PCM Acumulador de sondas subterráneas o pozos de aguas subterráneas Caldera de calentamiento Instalación de colector solar   Figura 5 Funcionamiento de refrigeración (Noche: Refrigeración de retorno del acumulador de calor latente) Sistema de refrigeración/ calentamiento BT Bomba de calor por absorción o máquina de refrigeración Intercambiador de calor de aire 13 Acumulador de calor Acumulador PCM Acumulador de sondas subterráneas o pozos de aguas subterráneas Instalación de colector solar Caldera de calentamiento   Figura 6 Calentamiento solar (Almacenamiento intermedio temporal del calor de calentamiento mediante acumulador de calor latente) Sistema de refrigeración/ calentamiento BT Bomba de calor por absorción o máquina de refrigeración Intercambiador de calor de aire 14 Acumulador PCM Acumulador de calor Caldera de calentamiento Instalación de colector solar Acumulador de sondas subterráneas o pozos de aguas subterráneas   Figura 7 Calentamiento solar (Almacenamiento intermedio temporal del calor de calentamiento mediante acumulador de calor latente), refuerzo del calentamiento mediante bomba de calor por absorción Sistema de refrigeración/ calentamiento BT Bomba de calor por absorción o máquina de refrigeración Intercambiador de calor de aire Acumulador de calor Acumulador PCM Acumulador de sondas subterráneas o pozos de aguas subterráneas Instalación de colector solar Caldera de calentamiento